轉爐氧槍冷卻水系統變頻調速控制的改進

劉艷清

1 概述

提釩煉鋼二廠有3座150 t轉爐,其中1座可用于提釩,另外2座用于煉鋼。每座轉爐有一套氧槍系統,用于向轉爐內吹氧,使鋼水脫碳,并加大冶煉強度。因此,轉爐氧槍是轉爐系統的重要設備。

氧槍冷卻水系統的主要作用是為轉爐氧槍提供足夠的冷卻水進行氧槍本體及其附屬設備的冷卻,對于提釩煉鋼二廠的水系統來說,氧槍泵是所有設備中最重要的設備。氧槍冷卻水的保量、穩壓供水是氧槍正常工作的有力保證,一旦氧槍泵故障造成冷卻水流量低將會造成氧槍設備過熱燒損甚至發生爆裂、爆炸等惡性安全事故。根據生產工藝的要求,氧槍冷卻水流量不小于280 m3/h,冷卻水壓力為 1.2MPa～1.4MPa。為確保氧槍的可靠、穩定運行,共設計了4臺氧槍泵,選用的是4臺四極,355 kW,380 V,621A,1450 r/min的電機。它們的運行方式是1號、2號、4號泵分別為三臺氧槍提供冷卻水,3號泵為備用泵,當前三臺泵中有任意一臺出現故障時,3號泵自動投入以保證供水。氧槍冷卻供水泵需要在氧槍吹煉期時高速運行,在非吹煉期時低速運行,這樣不但節約電能和水資源,還能減少設備損耗。

根據氧槍在吹煉的不同時期所需冷卻水流量的不同,最初的設計是選用了4臺艾默生EV3500-4T 4000P變頻器對4臺氧槍泵電機進行變頻控制,無論是計算機遠程啟動電機還是在機旁啟動電機,都是通過PLC給變頻器發出指令實現對電機進行的控制。

2 存在問題

原有的設計方式在連續生產三個月后出現了問題,崗位人員在一次啟動2號泵的過程中,1號泵電流逐漸增大,當時并未停泵,而是繼續過載運行(變頻器設置 69 s后跳機),這時3號備用泵也發生自投,引起1號氧槍泵水壓流量波動。經過對4臺氧槍供水泵電流及壓力趨勢畫面的查知發現,在3號備用泵發生自啟時,所有泵的電流及壓力狀態都發生了變化。從PLC程序中查知,4臺泵的“手動/自動”均由上位機中的同一個接點控制,在“自動”狀態下才會發生2號泵及3號備用泵均自動同一時刻啟動,同時3號備用泵的三個出口閥門均自動打開,造成三條氧槍供水泵管道并聯相通,使氧槍泵的水壓流量產生波動。根據生產工藝要求3臺氧槍供水泵的運行頻率在“自動”狀態下受爐前是否“下槍”(即氧槍吹煉期)信號控制,在爐前發出“提槍”(即非氧槍吹煉期)信號時,氧槍泵電機將在25Hz最低頻率運行。

經過上述發生的事故,發現原有控制方式及程序編寫存在如下缺陷:

1)對于每一臺水泵的控制,不論是機旁操作箱還是上位機的“手動/自動”控制信號都完全依賴 PLC及通訊,均由 PLC中的同一個接點通過PROFIBUS總線通訊發出給變頻器,在PLC故障或通訊失敗時,無論是在機旁操作箱還是在上位機畫面上都無法應急啟動氧槍泵,勢必影響轉爐的生產。

2)由于程序編寫存在缺陷,4臺水泵的“手動/自動”信號都由同一個接點控制,在“自動”狀態下,就會發生3號備用泵同其他水泵同一時刻啟動的現象,此時備用泵的三個出口閥門就會自動打開,造成三條氧槍供水泵管道并聯相通,使氧槍泵冷卻水的壓力和流量產生波動影響生產。

3 改造內容

基于原有控制方式存在的缺陷,我們對氧槍泵的PLC控制程序進行了修改,取消了網絡控制。

1)對于單臺泵電機的控制,如果出現故障,在上位機上不能啟動水泵時,可到機旁箱選擇“手動”,在機旁箱上直接啟動水泵,控制不通過PLC,利用硬線連接直接啟動變頻器,將電機固定在42Hz運行,作為應急措施保證生產。

2)在“自動”控制方式下,由PLC發出控制信號,對投入運行的水泵電機進行控制。其中1號、2號、4號泵為工作泵,3號為1號、2號、4號泵的備用泵。如果三臺工作泵中出現故障停泵,程序設計由其各自的輸出接點分別控制3號備用泵,并且只為第一臺出現故障的泵備用,也只打開這第一臺故障泵的備用閥門,避免了出現三個出口閥門都打開的現象,造成水壓流量產生波動而影響生產。選擇“手動”控制時,可在25Hz～50Hz的頻率范圍內進行調節,以更好地滿足生產要求。

3)根據提釩煉鋼二廠提出要求:在氧槍“提槍”時應減小管道中水的壓力:

a.減少管道損傷;

b.節約能源。而在氧槍“下槍”時,氧槍泵應滿足管道中水的壓力。

針對上述工藝要求,在對泵的控制選擇“自動”時,在氧槍非吹煉期,煉鋼系統發出“提槍”給水系統PLC信號,程序設置電機自動定在25Hz運行,管道壓力為0.55MPa～0.57MPa;在氧槍吹煉期,煉鋼系統發出“下槍”信號給水系統PLC,程序設置電機自動定在42Hz運行,氧槍泵開始提速供水,冷卻水的壓力保證在1.2MPa～1.4MPa之間,冷卻水流量為320 m3/h,電機電流為360 A。在“下槍”信號到來時,PLC給發出控制變頻器信號自動控制電機輸出由25Hz上升到42Hz運行,變頻器的加速率設為(Pr0.03=30)。

通過實際運行,12 s就可達到氧槍所需冷卻水的工作壓力和流量,而煉鋼爐前氧槍從“下槍”信號開始需要 14 s才到位,因此變頻器設置的加速率完全能滿足生產需要。

4)在原有程序上進行了完善,設置了“超壓”聲音報警,在管道壓力過高時報警,提醒值班人員在保證生產需要的情況下及時降低頻率,降低水管供水壓力,減少對管道的損傷,也避免出現生產事故。

4 結語

將上述程序進行修改后,運行穩定,既滿足了生產工藝要求,提高了生產效率,又延長了設備的使用壽命,還達到了節能效果。

[1] 趙洪華.12 MW凝結水泵變頻改造淺析[J].山西建筑,2009,35(3):202-203.